DE1488773C - Flexible network coupling converter for multi-phase networks with low frequency differences - Google Patents

Flexible network coupling converter for multi-phase networks with low frequency differences

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DE1488773C DE19651488773 DE1488773A DE1488773C DE 1488773 C DE1488773 C DE 1488773C DE 19651488773 DE19651488773 DE 19651488773 DE 1488773 A DE1488773 A DE 1488773A DE 1488773 C DE1488773 C DE 1488773C
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Description

wird Leistung von dem einen Netz in das andere übertragen. Dieser Leistung entspricht ein Drehmoment an der Welle der Asynchronmaschine. Zur Verdrehung des Rotors wird die Hilfsmaschine B verwendet.power is transferred from one network to the other. This power corresponds to a torque on the shaft of the asynchronous machine. Auxiliary machine B is used to rotate the rotor.

Der Leistungsfluß ist in der Zeichnung angegeben. Dabei ist der Einfachheit halber von den Verlusten abgesehen. Vom Netz I fließt die Leistung P in die Statorwicklung. Der Rotor der Asynchronmaschine A The power flow is shown in the drawing. For the sake of simplicity, the losses are disregarded. The power P flows from the network I into the stator winding. The rotor of the asynchronous machine A

dreht sich mit der Drehzahl η — — (/ι—Λ), worin ρ rotates at speed η - - (/ ι — Λ), where ρ

die Polpaarzahl bedeutet. Bei fx = /2 ist η — 0; d. h. der Rotor steht still. Die synchrone Drehzahl desthe number of pole pairs means. At f x = / 2 , η - 0; ie the rotor stands still. The synchronous speed of the

Stators ist ns = — fx und der Schlupf der Asynchronmaschine istStator is n s = - f x and the slip of the asynchronous machine is

1515th

s =s =

n$n $

A
/i ' A.
/ i '

Die Schlupfleistung s · P = -^- ■ P fließt in das Netz II. Die Differenz zwischen P und s · P, d. h. · P fließt über die Hilfsmaschine B je nachThe slip power s · P = - ^ - ■ P flows into the network II. The difference between P and s · P, i.e. H. · P flows through the auxiliary machine B depending on

Schaltung in das Netz I oder in das Netz II. Bei Leistungsumkehr kehren sich die Pfeile um, außerdem, wenn /2 > J1 ist. Wenn die in der Zeichnung dargestellten Verhältnisse zugrunde gelegt werden, ergibt eine Phasenverdrehung des Rotors im Umlaufsinn des Statordrehfeldes, d. h. im mechanischen Drehsinn, eine Vergrößerung der Leistung, eine Phasenverdrehung im umgekehrten Sinn eine Verkleinerung.Switching to network I or network II. If the power is reversed, the arrows are reversed, also if / 2 > J 1 . If the relationships shown in the drawing are taken as a basis, a phase rotation of the rotor in the direction of rotation of the stator rotating field, ie in the mechanical direction of rotation, results in an increase in power, and a phase rotation in the opposite direction results in a reduction in size.

Setzen wir die Leistung des Umformers gleich 300 MW, die Frequenz gleich 60 Hz, 2 ρ = 2. Ein Turbogenerator solcher Leistung hätte einen Rotordurchmesser in der Größenordnung von 1000 mm, wofür die Zentrifugalkräfte für das massive Eisen bereits unangenehm hoch sind. Ein solcher Durchmesser wäre für eine Asynchronmaschine mit geblechtem Rotor schon gar nicht diskutabel. Beim Umformer kann der Durchmesser unbedenklich größer gewählt werden, z. B. 2000 mm oder mehr. In einem solchen Rotor kann die Wicklung gut untergebracht werden. Die Kühlung der Blechpakete und der Wicklung im Stator und im Rotor kann bequem mit modernen Mitteln durchgeführt werden, z. B. mit Wasserstoff oder mit Flüssigkeit (z. B. Wasser oder Öl). Mit Vorteil wird Wasser wegen der hervorragenden Kühlwirkung verwendet. Dichtungsprobleme bestehen kaum, insbesondere deswegen, weil sich der umlaufende Teil sehr langsam dreht.Let us set the power of the converter equal to 300 MW, the frequency equal to 60 Hz, 2 ρ = 2. A turbo generator of such power would have a rotor diameter of the order of magnitude of 1000 mm, for which the centrifugal forces for the solid iron are already uncomfortably high. Such a diameter would certainly not be debatable for an asynchronous machine with a laminated rotor. In the case of the converter, the diameter can safely be chosen larger, e.g. B. 2000 mm or more. The winding can be accommodated well in such a rotor. The cooling of the laminated cores and the winding in the stator and in the rotor can be carried out conveniently with modern means, e.g. B. with hydrogen or with liquid (e.g. water or oil). Water is used to advantage because of its excellent cooling effect. There are hardly any sealing problems, especially because the rotating part rotates very slowly.

Die Zuführung zur Rotorwicklung erfolgt über Schleifringe. Es können Bürsten mit geringem Widerstand, z. B. mit hohem Kupfergehalt, verwendet werden, da die Reibungsverluste infolge der niedrigen Drehzahl sehr klein sind. Die niedrige Umfangsgeschwindigkeit der Schleifringe hat einen geringen Abrieb der Bürsten zur Folge. Dadurch ist es möglich, eine hohe Spannung für die Schleifringe zu wählen, z. B. etwa 10 000 Volt verkettet oder mehr. Man kann ohne weiteres die Kriechwege zwischen den Schleifringen vergrößern und Trennwände einbauen. Bei der geringen Drehzahl ist es sogar leicht möglich, eine komplette isolierende Trennung durchzuführen, da man einen feststehenden Teil auf einem rotierenden unmittelbar schleifen lassen kann.The rotor winding is fed via slip rings. Brushes with low resistance, z. B. be used with a high copper content, since the friction losses due to the low Speed are very small. The low peripheral speed of the slip rings has a low one Abrasion of the brushes result. This makes it possible to choose a high voltage for the slip rings, z. B. chained about 10,000 volts or more. One can easily see the creepage distances between the slip rings enlarge and build partitions. At the low speed it is even easily possible to use a perform complete insulating separation, since you have a fixed part on a rotating one can be grinded immediately.

Die Leistung der Hilfsmaschine B würde bei dem vorliegenden Beispiel und einer maximalen Differenz von 2% zwischen den Frequenzen der beiden Netze 300 000-0,02 = 600OkW betragen. Die maximale Drehzahl wäre 2% der synchronen Drehzahl, also 3600 · 0,02 = 72 U/min. Das Drehmoment beträgt 81 000 kpm. Das ist zwar nicht gering, würde aber bei traditioneller Ausführung der Asynchronmaschine mit 24 Polen den 12fachen Wert erreichen, nämlich 980 000 kpm. Ein solches Drehmoment könnte nur durch eine enorm schwere und aufwendige Konstruktion beherrscht werden. Eine geringe Polzahl ist sehr vorteilhaft, da durch diese Maßnahme ein Umformer für große Leistung wirtschaftlich ausführbar ist.The power of the auxiliary machine B in the present example and a maximum difference of 2% between the frequencies of the two networks would be 300,000-0.02 = 600OkW. The maximum speed would be 2% er d synchronous speed, that is 3600 x 0.02 = 72 U / min. The torque is 81,000 kpm. This is not small, but with the traditional design of the asynchronous machine with 24 poles it would reach 12 times the value, namely 980,000 kpm. Such a torque could only be mastered by an extremely heavy and complex construction. A small number of poles is very advantageous, since this measure makes it possible to economically implement a converter for high performance.

Dadurch, daß als Hilfsmaschine eine Asynchronmaschine mit Käfiganker benutzt wird, ergibt sich im Zusammenhang mit ihrer Steuerung folgender sehr wesentlicher Vorteil. Die Steuerung erfolgt nämlich derart, daß der Fluß der Hilfs-Asynchronmaschine konstant bleibt, unabhängig von den Frequenzänderungen der Netze und der Übergabeleistung des Umformers. Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, die Leistung des Umformers in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu regeln. Man braucht nur noch den Strom der Hilfs-Asynchronmaschine als Steuergröße einzuführen, da die Leistung des Umformers bei diesen Bedingungen zu dem genannten Strom proportional ist. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung kommt besonders bei Umformern für große Übergabeleistung zur Geltung, d. h: für solche von mindestens 200 MW und höchstens vierpoliger Haupt-Asynchronmaschine. Eine kleinere Typenleistung der Hilfsmaschine erhält man durch Erhöhung ihrer Drehzahl, zu welchem Zweck ein Zahnradgetriebe angeordnet wird.The fact that an asynchronous machine with a squirrel cage armature is used as the auxiliary machine results in the The following very important advantage in connection with their control. The control takes place namely such that the flux of the auxiliary asynchronous machine remains constant, regardless of the frequency changes the networks and the transfer power of the converter. In this way the possibility arises to regulate the performance of the converter in a simple and economical way. All you have to do is to introduce the current of the auxiliary asynchronous machine as a control variable, since the output of the converter is at these conditions is proportional to the stated current. The advantage of the arrangement according to the invention comes into its own especially with converters for high transfer capacities, i. h: for those of at least 200 MW and a maximum of four-pole main asynchronous machine. A smaller type performance of the Auxiliary machine is obtained by increasing its speed, for which purpose a gear transmission is arranged will.

Die Blindleistungsübertragung des Umformers kann nur durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Spannungen beider Netze beeinflußt werden. Der Blindleistungsaustausch wird durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses eines Transformators oder weiterer Transformatoren gesteuert, wobei diese Transformatoren zwischen dem Stator und dem einen Netz oder zwischen dem Rotor und dem anderen Netz geschaltet sein können.The converter can only transmit reactive power by changing the transmission ratio between the voltages of both networks are influenced. The reactive power exchange is due to change the transformation ratio of a transformer or other transformers controlled, with these transformers between the stator and one network or between the rotor and the other Mains can be switched.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 2 Rotor auf das andere Netz geschaltet und mit einer Patentansprüche: Hilfsmaschine gekuppelt ist. Als Hilfsmaschine hat man Kommutatormaschinen für deich- oder Wechsel-1 2 rotor switched to the other network and with one patent claims: auxiliary machine is coupled. As an auxiliary machine, one has commutator machines for dike or alternating 1. Elastischer Netzkupplungsumformer großer strom vorgeschlagen. Diese haben aber den Nachteil, Leistung von mindestens 200 MW für mehrphasige 5 daß im Synchronismus beider Netze, der einen Still-Netze mit geringem Frequenzunterschied, beste- stand des Umformers zur Folge hat, die Kohlebürsten hend aus einer Asynchronmaschine, die mit dem auf den gleichen Stellen am Kommutator der HilfsStator auf das eine Netz und mit dem Rotor auf maschine verharren. Dies kann zu großen Schwierigdas andere Netz geschaltet ist, höchstens vier Pole keiten führen, da lokale Erwärmungen des Kommuhat, und mit einer Hilfsmaschine gekuppelt ist, io tators auftreten und im Fall der Verwendung von dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrom dauernd eine Lamellenspannung über Hilfsmaschine (B) als Asynchronmaschine mit die Bürsten kurzgeschlossen wird, wodurch Kurz-Käfiganker ausgeführt ist und über einen Um- schlußströme über die Bürsten entstehen, die Verrichter (U) gespeist wird, der so steuerbar ist, daß brennungen von Lamellen verursachen können. Man einerseits der Fluß der Hilfsmaschine (B) konstant 15 hat als Hilfsmaschine auch eine über einen Kommuist und daß andererseits durch Steuerung des tatorfrequenzwandler gespeiste Asynchronmaschine Stromes der Hilfsmaschine (B) die Leistung des vorgeschlagen. Die Schwierigkeit liegt in der letzteren Umformers regelbar ist. ' · Maschine, die nur für eine bescheidene Leistung gebaut1. Resilient network coupling converter large current proposed. However, these have the disadvantage of having a power of at least 200 MW for multi-phase 5 that in the synchronism of both networks, which has a still network with a small frequency difference, the converter has the consequence, the carbon brushes from an asynchronous machine that is connected to the In the same places on the commutator, the auxiliary stator remains on one network and with the rotor on the machine. This can lead to great difficulty, the other network is switched, a maximum of four poles, since local heating of the commutator, and is coupled with an auxiliary machine, io tators occur and, in the case of use, is characterized in that the alternating current is continuously a lamellar voltage via auxiliary machine ( B) as an asynchronous machine is short-circuited with the brushes, which means that short cage armatures are implemented and a bypass flow is generated via the brushes that feeds the converter (U), which is controllable in such a way that the lamellae can burn. On the one hand, the flow of the auxiliary machine (B) constant 15 has as auxiliary machine also an asynchronous machine current of the auxiliary machine (B) fed through a commuist and that on the other hand, the power of the auxiliary machine (B) fed by control of the tatorfrequenzwandler. The difficulty lies in the latter converter being controllable. '· Machine built only for modest performance 2. Elastischer Netzkupplungsumformer nach An- werden kann. Da sie keine Wendepole hat, müssen spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blind- 20 schmale Bürsten verwendet werden, so daß die Anzahl leistungsaustausch zwischen den beiden Netzen der Bürsten außerordentlich groß ist. Diese Notdurch Änderung des Übersetzungsverhältnisses wendigkeit ist aber sehr störend, da die ganze von der mindestens eines zwischen Asynchronmaschine (.4) Hilfsmaschine benötigte Leistung über den Kommu- und Netz gesteuerten Transformators steuerbar ist. tator und die Bürsten geführt werden muß. Auf einem2. Flexible network coupling converter according to An. Since it has no reversing poles, you have to Claim 1, characterized in that the blind 20 narrow brushes are used, so that the number power exchange between the two networks of brushes is extremely large. This emergency through Changing the gear ratio but maneuverability is very annoying, as the whole of the at least one power required between the asynchronous machine (.4) auxiliary machine via the communication and network controlled transformer is controllable. tator and the brushes must be guided. On one 25 solchen Prinzip können somit nur Netzkupplungsumformer für eine geringe Leistung gebaut werden.According to this principle, only network coupling converters can be built for low power. . Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hilfsmaschine vorzusehen, die so steuerbar ist, daß eine sehr einfache und wirtschaftliche Regelung der Um-. The object of the invention is to provide an auxiliary machine which is controllable so that a very simple and economical regulation of the Die Standardausführung eines rotierenden Umfor- 30 formerleistung erreicht wird.The standard version of a rotating converter capacity is achieved. mers zur elastischen Kupplung von Netzen besteht aus Die Erfindung bezieht sich auf einen elastischenmers for the elastic coupling of networks consists of The invention relates to an elastic einer Synchronmaschine, die auf das eine Netz ge- Netzkupplungsumformer großer Leistung von min-a synchronous machine, which is connected to the one network. schaltet ist, und einer mit ihr gekuppelten Asynchron- destens 200 MW für mehrphasige Netze mit geringemis switched, and an asynchronous coupled with it at least 200 MW for multi-phase networks with low maschine, die auf das andere Netz geschaltet ist. In Frequenzunterschied, bestehend aus einer Asynchron-machine that is switched to the other network. In frequency difference, consisting of an asynchronous Kaskade mit der Asynchronmaschine liegt eine Korn- 35 maschine, die mit dem Stator auf das eine Netz undCascade with the asynchronous machine is a grain machine, which with the stator is connected to a network and mutatormaschine, z. B. eine Scherbius- oder Lydall- mit dem Rotor auf das andere Netz geschaltet ist,mutator machine, e.g. B. a Scherbius or Lydall with the rotor is connected to the other network, maschine. Sie dient zur verlustlosen Übertragung der höchstens vier Pole hat und mit einer Hilfsmaschinemachine. It is used for lossless transmission of a maximum of four poles and with an auxiliary machine Schlupfleistung und zur Steuerung der Wirk- und gekuppelt ist. Die vorstehend genannte Aufgabe wirdSlip power and to control the active and coupled is. The above task will Blindleistung der Asynchronmaschine. In der Regel erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die HilfsmaschineReactive power of the asynchronous machine. Usually achieved according to the invention in that the auxiliary machine wird sie mit der Asynchronmaschine gekuppelt; sie 40 als Asynchronmaschine mit Käfiganker ausgeführt istit is coupled with the asynchronous machine; it is designed 40 as an asynchronous machine with cage armature kann aber auch separat aufgestellt und mit einer Hilfs- und über einen Umrichter gespeist wird, der so steuer-but can also be set up separately and fed with an auxiliary and via a converter that controls maschine gekuppelt werden. Ein solcher Umformer bar ist, daß einerseits der Fluß der Hilfsmaschinemachine can be coupled. Such a converter bar is that on the one hand the flow of the auxiliary machine ist sehr geeignet für Kupplung eines einphasigen Bahn- konstant ist und daß andererseits durch Steuerung desis very suitable for coupling a single-phase orbit- is constant and that on the other hand by controlling the netzes von 162/3 Hz mit dem dreiphasigen Landes- Stromes der Hilfsmaschine die Leistung des Umfor-network of 16 2/3 Hz with the three-phase current state of the auxiliary machine, the power of the Umfor- versorgungsnetz von 50 Hz. Man hat derartige Um- 45 mers regelbar ist.supply network of 50 Hz. Such an inverter is adjustable. former bis zu einer Leistung von 30 MW gebaut. An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel Selbstverständlich kann man den beschriebenen Um- der Erfindung näher erläutert. Mit A ist die Hauptformer auch einsetzen, wenn zwei Netze mit gleicher Asynchronmaschine bezeichnet. Ihre Statorwicklung Frequenz von z. B. 50 oder 60 Hz oder von nur wenig ist auf das Netz I und ihre Rotorwicklung auf das verschiedenen Frequenzen von z. B. 50 und 60 Hz 50 Netz II geschaltet. Zwischen der Asynchronmaschine miteinander gekuppelt werden sollen. Der Aufwand und dem einen oder anderen Netz oder beiden können ist dann aber groß, weil die zwei Maschinen, nämlich Transformatoren geschaltet sein. Mit dem Rotor der die Synchronmaschine und die Asynchronmaschine, Haupt-Asynchronmaschine ist direkt oder über ein für die volle Durchgangsleistung bemessen werden Zahnradgetriebe die Hilfs-Asynchronmaschine B gemüssen. Außerdem sind beide Maschinen mit Ver- 55 kuppelt, die über einen Umrichter U vom Netz I oder lusten behaftet. vom Netz II gespeist wird.former built up to a capacity of 30 MW. An exemplary embodiment is of course shown in the drawing. The described scope of the invention can, of course, be explained in greater detail. The main former is also used with A when two networks with the same asynchronous machine are designated. Your stator winding frequency of z. B. 50 or 60 Hz or from only a little is on the network I and its rotor winding on the different frequencies of z. B. 50 and 60 Hz 50 network II switched. Are to be coupled to each other between the asynchronous machine. The effort and one or the other network or both is then high because the two machines, namely transformers, are connected. With the rotor of the synchronous machine and the asynchronous machine, the main asynchronous machine is dimensioned directly or via a gear drive for the full throughput capacity, the auxiliary asynchronous machine B must. In addition, both machines are coupled, which are affected by a converter U from the network I or with losses. is fed by the network II. Solche Umformer für elastische Netzkupplung, bei Wenn die beiden Netze synchron miteinander sind, denen die Abweichung der Netzfrequenzen vonein- verharrt die Asynchronmaschine A in derjenigen Stelander klein ist, werden sehr aufwendig, wenn die Über- lung, in welcher die Statorwicklung und die Rotorgabeleistung groß ist.' Zum Beispiel müßte man für 60 wicklung mit den zugehörigen Netzen gleichphasig 200 MW die Maschinen 16polig ausführen; die Dreh- sind. Die Asynchronmaschine wirkt dann wie ein zahl des Umformers wäre 375 U/min unter der An- Transformator. Entsprechen die effektiven Windungsnahme, daß die Synchronmaschine an einem 50-Hz- zahlen dem Übersetzungsverhältnis von der einen Netz liegt. , Netzspannung zur anderen, wird durch die Asynchron-Eine weitere bekannte Lösung (deutsche Patent- 65 maschine weder Wirk- noch Blindleistung übertragen, schrift 270 071) besteht darin, daß als Umformer eine Verdreht man den Rotor aus dieser Stellung, entsteht Asynchronmaschine verwendet wird, die mit dem in der Asynchronmaschine eine Wirkleistung, so daß Stator auf das eine mehrphasige Netz und mit dem die Asynchronmaschine als Umformer arbeitet. EsSuch converters for elastic network coupling, when the two networks are synchronous with each other, where the deviation of the network frequencies from one another, the asynchronous machine A in that stator is small, become very expensive if the overlap in which the stator winding and the rotor fork power is large is.' For example, for 60 winding with the associated networks in-phase 200 MW, the machines would have to have 16 poles; which are turning. The asynchronous machine then acts like a number of the converter would be 375 rpm under the transformer. Do the effective number of turns correspond to the fact that the synchronous machine is at a 50 Hz number to the transmission ratio of the one network. Another known solution (German patent machine, neither active nor reactive power, writing 270 071) is that an asynchronous machine is used as a converter that has an active power with that in the asynchronous machine, so that the stator is connected to the one multi-phase network and with which the asynchronous machine works as a converter. It
DE19651488773 1965-07-19 1965-08-06 Flexible network coupling converter for multi-phase networks with low frequency differences Expired DE1488773C (en)

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CH1008665A CH429921A (en) 1965-07-19 1965-07-19 High-performance, flexible network coupling former for multi-phase networks with low frequency differences
CH1008665 1965-07-19
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DE1488773B2 DE1488773B2 (en) 1973-02-15
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